V2X hứa hẹn một kỷ nguyên mới về giao thông thông minh hiệu quả và an toàn

Hệ thống giao thông thông minh giúp các thành phố tăng tốc phát triển các phương tiện tự hành

Giao thông thông minh đang giúp thúc đẩy sự ra đời của các thành phố thông minh và các công nghệ lái xe tự hành hứa hẹn sẽ mang lại những lợi ích to lớn cho cơ sở hạ tầng giao thông. Công nghệ Vehicle-to-Everything (V2X) là giao tiếp không dây cho phép trao đổi dữ liệu giữa xe và môi trường xung quanh, đồng thời xác định các khối xây dựng cho tất cả các mô-đun và bộ phận cần thiết cho lái xe tự động. Trong khi các phương tiện tự hành và hệ thống thông minh thu thập dữ liệu thông qua các cảm biến và camera, thì các hệ thống giao thông hoàn toàn thông minh có được các giải pháp tối ưu bằng cách phân tích và xử lý dữ liệu trực tiếp ở biên mạng. Quá trình xử lý động này tạo thành nền tảng của V2X, giúp đẩy nhanh việc hiện thực hóa giao thông tự trị thông minh

Cơ hội kinh doanh mới trong lĩnh vực giao thông thông minh

Các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI), dữ liệu lớn và mạng di động thế hệ thứ 5 (5G) đã thay đổi thế giới của chúng ta theo những cách quan trọng. Mạng toàn cầu và quá trình số hóa đã thúc đẩy sự phát triển của V2X trong giao thông thông minh và tạo ra một bộ công nghệ đột phá sẽ mang lại nhiều cơ hội kinh doanh mới.

Theo dự đoán trước đó từ Fortune Business Insights, do ảnh hưởng của đại dịch Covid-19, thị trường giao thông thông minh toàn cầu năm 2020 dự kiến đạt 92,48 tỷ USD, giảm 5,43% so với mức trung bình 2017-2019, nhưng sẽ tăng trưởng lên 206,8 tỷ USD vào năm 2028. Trong khi đó, tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) được dự báo đạt 11,1% trong giai đoạn 2021-2028.

Công nghệ thông minh trao quyền cho cơ sở hạ tầng giao thông và thành phố thông minh

Trong các hệ thống giao thông thông minh, luồng giao thông được kiểm soát thông qua sự kết hợp của các công nghệ cảm biến, phân tích hình ảnh và điện toán biên để truyền tín hiệu động theo thời gian thực. Điều này không chỉ giảm ùn tắc giao thông và tai nạn giao thông mà còn rút ngắn đáng kể thời gian hành trình. Ví dụ: từ năm 2012 đến năm 2016 ở Pittsburgh, PA, hơn 50 giao lộ đã được trang bị hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông thông minh, giúp giảm 26% thời gian di chuyển và giảm 41% ùn tắc giao thông, với lượng phanh ít hơn 30% đồng nghĩa với lượng khí thải của phương tiện giao thông đã giảm. cũng giảm 21%.

Ba trụ cột của hệ thống giao thông thông minh V2X

Một hệ thống giao thông thông minh hiệu quả và an toàn cần có sự hỗ trợ của nhiều công nghệ như AI, dữ liệu lớn, mạng đám mây, GPS và 5G. Hệ thống cơ sở hạ tầng-phương tiện hợp tác tích hợp tất cả các công nghệ và thiết bị kỹ thuật số khác nhau để tạo ra một hệ thống giao thông hoàn toàn thông minh, an toàn, giúp lưu lượng giao thông tốt hơn và giúp giảm tắc nghẽn. Các công nghệ V2X càng trưởng thành, lời hứa về giao thông thông minh sẽ càng nhanh chóng được hiện thực hóa. Một giải pháp V2X trưởng thành thường bao gồm ba trụ cột quan trọng như được mô tả bên dưới:

1. Phân tích video giám sát giao thông/ quản lý giao thông

Quản lý giao thông xác định và giám sát người đi bộ, phương tiện và giao thông bằng cách phân tích tất cả thông tin được ghi lại bởi nhiều camera độ nét cao (Camera HD) được đặt ở bên đường. Dữ liệu giám sát video ngay lập tức được phân tích trực tiếp tại lề đường để đưa ra quyết định chính xác dựa trên các điều kiện giao thông và lái xe được quan sát khác nhau như số lượng ô tô, tắc nghẽn và hành vi lái xe bất thường. Dữ liệu cũng được gửi đến trung tâm chỉ huy để phân tích sâu hơn và tối ưu hóa, ra quyết định và các chiến lược cải tiến. Để làm được tất cả những điều này, cần có các hệ thống điện toán biên mạnh mẽ với AI để phân tích nhanh chóng các tập dữ liệu khổng lồ. Chúng cũng phải có khả năng hỗ trợ nhiều giao thức và I/O, đồng thời chúng phải cực kỳ đáng tin cậy và bền bỉ để chịu được các điều kiện ngoài trời khắc nghiệt và nhiệt độ thay đổi nhanh. Phần cứng hỗ trợ AI phải đáp ứng các tiêu chí sau:

• Xử lý mã hóa, giải mã và nhận dạng hình ảnh nhanh chóng.
• Xử lý hiệu suất cao để tăng tốc học sâu và suy luận.
• Có khả năng chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt về nhiệt độ cao/ thấp, lượng mưa và độ ẩm cũng như khả năng chống bụi và chống thấm nước tuyệt vời.

2. Xe tự lái (AV) và Hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến (ADAS)

Khi các phương tiện ô tô trở nên thông minh hơn, các công nghệ trong xe cũng trở nên thông minh hơn nhiều. Họ kết hợp viễn thông, công nghệ thông tin (Tin học) và công nghệ điện tử phương tiện để tạo thành một hệ thống viễn thông phương tiện (Telematics) hoàn chỉnh. Telematics có thể tạo điều kiện thuận lợi cho tất cả những điều này, đó là lý do tại sao nó đóng một vai trò quan trọng trong các phương tiện thông minh/ tự hành và tại sao nó là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh nhất trong ngành công nghiệp điện tử ô tô. Năm 2016, Cục quản lý an toàn giao thông đường cao tốc quốc gia (NHTSA) của Mỹ đã đề xuất phân loại xe tự động hóa từ cấp độ 0 đến cấp độ 5. Hiện tại, cấp độ của xe thông minh/ tự động nằm trong khoảng cấp độ 2 và 3. Xe cấp độ 4 có thể vận hành trong chế độ tự lái xe, và mức 5 đại diện cho các phương tiện hoàn toàn tự động.

Trong những năm gần đây, do sự phát triển của ADAS, các phương tiện thông minh/ không người lái đang nhanh chóng tiến tới tự động hóa cấp độ 4, nhưng vẫn còn một số cách để đạt được cấp độ 5. ADAS có thể liên tục giám sát môi trường xung quanh xe, cảnh báo cho người lái xe nếu có điều kiện đường nguy hiểm hiện tại. Hoạt động của ADAS dựa vào việc truy xuất dữ liệu nhanh chóng từ các cảm biến khác nhau để dữ liệu có thể được xử lý theo thời gian thực bởi các hệ thống tự động trong xe.

Các cảm biến trên xe thông minh/ tự lái phải hoạt động hoàn hảo để không gây nguy hiểm cho cộng đồng. Nhìn chung, các phương tiện L2/L3 có bán trên thị trường được trang bị hàng tá cảm biến và đã phát triển nhanh chóng về độ chính xác, tốc độ phản hồi và khả năng chống nhiễu của môi trường. Các cảm biến ô tô phổ biến bao gồm radar, LiDAR, cảm biến hình ảnh CMOS, radar mmWave và cảm biến siêu âm - mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

• Radar có khả năng chống nhiễu trong môi trường tốt, nhưng nhược điểm là độ phân giải có thể là không đủ.
• LiDAR: Giá của LiDAR nhìn chung cao và kết quả cảm biến dễ bị ảnh hưởng bởi thời tiết xấu.
• Cảm biến hình ảnh CMOS có thể hiển thị hình ảnh trực tiếp, nhưng chúng dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường và không thể cảm nhận thông tin về khoảng cách.
• Radar mmWave cung cấp khoảng cách truyền dài, hiệu suất ổn định và giá thành, nhưng nhược điểm của nó là độ phân giải, nhận dạng và độ chính xác xung quanh các góc tương đối kém.
• Cảm biến siêu âm cảm nhận thông qua sóng âm thanh thay vì sóng ánh sáng, mang lại lợi thế tương đối trong việc cảm nhận các vật thể trong suốt hoặc bề mặt có độ phản chiếu cao (chẳng hạn như bề mặt kim loại), nhưng nhược điểm là dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như luồng không khí và nhiệt độ, vì vậy nó không thể xác định chính xác vị trí của mục tiêu.

3. Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X) và Dedicated Short-Range Communication (DSRC)

V2X được chia thành nhiều loại bao gồm hệ thống liên lạc giữa phương tiện với phương tiện (V2V), phương tiện với cơ sở hạ tầng (V2I), phương tiện với người (V2P) và phương tiện với mạng (V2N). Các công nghệ liên lạc cơ bản được chia nhỏ thành hai loại: Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X) và Dedicated Short-Range Communication (DSRC). C-V2X được phát triển bởi Dự án Đối tác Thế hệ thứ 3 (3GPP) và DSRC được phát triển bởi Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE), cả hai đều hoạt động trên phổ tần hệ thống giao thông thông minh 5,9 GHz. Chúng được thiết kế để hoạt động đáng tin cậy ngay cả ở những nơi không có mạng di động, vùng phủ sóng tín hiệu di động hoặc thiếu tín hiệu mạng.

Hiện tại, Châu Âu, Hoa Kỳ, Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc đã phát triển công nghệ C-V2X, trong khi công nghệ DSRC chỉ chiếm ưu thế ở Châu Âu và Hoa Kỳ. C-V2X và DSRC có ưu và nhược điểm riêng. Nói chung về hạ tầng mạng và trạm gốc thì công nghệ C-V2X có tác dụng tốt hơn, còn DSRC đã ra đời từ lâu nên mức độ sẵn sàng khá cao. Mặc dù các lớp dưới cùng (L1-L3) của hai hệ thống là khác nhau nhưng các lớp trên có thể được chia sẻ và hai hệ thống có thể được kết nối thông qua các cổng nếu cần thiết.

Mặc dù DSRC phát triển sớm hơn và công nghệ đã hoàn thiện hơn nhưng công nghệ C-V2X có thể hoạt động đồng thời trong mạng 4G và 5G, do đó phạm vi truyền rộng hơn DSRC. Điều đáng nói là C-V2X có độ trễ thấp hơn, rất hữu ích cho việc liên lạc và truyền thông tin tức thời, đặc biệt là đối với các phương tiện thông minh/tự động trên L3. Do những lợi thế về chi phí xây dựng thấp hơn, khả năng mở rộng tốt hơn và ứng dụng rộng rãi hơn, việc áp dụng C-V2X dường như đã vượt qua DSRC trong những năm gần đây.

Sự phát triển liên tục của 5G cũng có lợi cho sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ V2X. Trong những năm gần đây, một số nhà sản xuất ô tô đã hợp tác với các nhà điều hành phương tiện để tích hợp các trạm cơ sở (eNB), các đơn vị bên đường (RSU) và các đơn vị trên xe (OBU) với công nghệ C-V2X và V2N để cung cấp các dịch vụ công cộng khác nhau. Những sự hợp tác này đã thúc đẩy ngành công nghiệp mạng 5G chuyên dụng cho các phương tiện ngày càng phát triển và dẫn đến sự bùng nổ trong việc áp dụng cả công nghệ 5G và V2X.

Kết luận

Một dịch vụ V2X toàn diện trước tiên phải có được Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) và các tín hiệu của phương tiện. Không có V2X, sẽ không có khả năng lái xe hoàn toàn tự động, chứ đừng nói đến giao thông thông minh và thành phố thông minh. Tuy nhiên, trong thế giới của V2X và các phương tiện thông minh/ tự động, tốc độ phản hồi của hệ thống lái tự động là yếu tố then chốt và thời gian phản hồi của hệ thống phải nhanh hơn con người. Thời gian phản hồi nhanh phụ thuộc vào sự kết hợp giữa quản lý lưu lượng, ADAS, công nghệ cảm biến từ xa và tích hợp C-V2X và/ hoặc DSRC. V2X chỉ có thể phát huy ảnh hưởng tối đa khi tích hợp đầy đủ tất cả các công nghệ kết hợp để lời hứa về hệ thống giao thông thông minh an toàn và phương tiện tự hành có thể được thực hiện một cách đầy đủ.